如何使用Python实现最低有效位隐写术？
PythonMaker 2020-09-23
本文转载自公众号“读芯术”(ID：AI_Discovery)
隐写术是一门关于在适当的多媒体载体中传输秘密数据的科学，例如在图像、音频和视频文件中。它的假设是，如果特征是可见的，那么攻击点就是明显的，因此这里的目标总是隐藏嵌入数据的存在。
LSB图像隐写术
LSB隐写术是一种图像隐写术技术，通过用要隐藏的信息位替换每个像素的最低有效位，将信息隐藏在图像中。为了更好地理解，将数字图像视为2D像素阵列，每个像素包含的值取决于其类型和深度。
我们将考虑最广泛使用的模式——RGB(3×8位像素，真彩)和RGBA(4x8位像素，带透明遮罩的真彩)，这些值的范围从0到255(8位值)。
将图像表示为2D阵列的RGB像素
通过使用ASCII表，可以将消息转换为十进制值，然后转换为二进制值，接着逐个迭代像素值，在将像素值转换为二进制后，将每个最低有效位替换为序列中的该消息位。
要解码一个已编码的图像，只需颠倒这个过程：收集并存储每个像素的最后一位，将它们分成8个一组，并将其转换回ASCII字符，以得到隐藏的信息。
PYTHON操作
试着使用Python库PIL和NumPY来逐步实现上述概念。
- 步骤1：导入所有必需的python库
import numpy as np from PIL import Image
- 步骤2：启用编码器功能
首先，编写代码，将源图像转换成一个NumPy像素阵列，并存储图像的大小。检查图像的模式是RGB还是RGBA，然后设置n的值。还需计算像素的总数。
def Encode(src, message, dest): img = Image.open(src, 'r') width, height = img.size array = np.array(list(img.getdata())) if img.mode == 'RGB': n = 3 m = 0 elif img.mode == 'RGBA': n = 4 m = 1 total_pixels = array.size//n
其次，在秘密消息的末尾添加一个分隔符(“$T3G0”)，这样程序在解码时就知道什么时候该停止，将这个更新后的消息转换成二进制形式，并计算出所需的像素。
message += "$t3g0" b_message = ''.join([format(ord(i), "08b") for i in message]) req_pixels = len(b_message)
接着，检查可用的总像素是否足够用于秘密消息。如果继续逐个迭代像素，并将它们的最低有效位修改为秘密消息的位，直到包括分隔符的完整消息已经被隐藏。
if req_pixels > total_pixels:
print("ERROR: Need larger filesize")else: index=0 for p in range(total_pixels):
for q in range(m, n):
if index < req_pixels:
array[p][q] =int(bin(array[p][q])[2:9] + b_message[index], 2)
index += 1 最后，有了更新后的像素数组，可以使用它来创建并保存为目标输出图像。
array=array.reshape(height, width, n)
enc_img = Image.fromarray(array.astype('uint8'), img.mode)
enc_img.save(dest)print("Image Encoded Successfully") 这样，编码器功能就完成了，是这样的：
def Encode(src, message, dest):
img = Image.open(src, 'r') width, height = img.size array = np.array(list(img.getdata())) if img.mode == 'RGB': n = 3 m = 0 elif img.mode == 'RGBA': n = 4 m = 1 total_pixels = array.size//n
message += "$t3g0"
b_message = ''.join([format(ord(i),"08b") for i in message])
req_pixels = len(b_message)
if req_pixels > total_pixels:
print("ERROR: Need largerfile size") else: index=0 for p in range(total_pixels):
for q in range(m, n):
if index < req_pixels:
array[p][q] =int(bin(array[p][q])[2:9] + b_message[index], 2)
index += 1
array=array.reshape(height,width, n)
enc_img =Image.fromarray(array.astype('uint8'), img.mode)
enc_img.save(dest) print("Image EncodedSuccessfully") - 步骤3：启用解码器功能
首先，重复类似的步骤，将源图像的像素保存为一个数组，计算模式，并计算总像素。
def Decode(src): img = Image.open(src, 'r') array = np.array(list(img.getdata())) if img.mode == 'RGB': n = 3 m = 0 elif img.mode == 'RGBA': n = 4 m = 1 total_pixels = array.size//n
其次，需要从图像左上角开始的每个像素中提取最低有效位，并以8个为一组存储。接下来，将这些组转换成ASCII字符来查找隐藏的消息，直到完全读取之前插入的分隔符。
hidden_bits = "" for p in range(total_pixels): for q in range(m, n): hidden_bits +=(bin(array[p][q])[2:][-1]) hidden_bits = [hidden_bits[i:i+8] for i in range(0, len(hidden_bits), 8)] message = "" for i in range(len(hidden_bits)): if message[-5:] == "$t3g0": break else: message +=chr(int(hidden_bits[i], 2))
最后，检查是否找到了分隔符。如果没有，意味着图像中没有隐藏的信息。
if "$t3g0" in message:
print("Hidden Message:",message[:-5])
else:
print("No Hidden MessageFound") 这样，我们的解码器功能就完成了，看起来应该是这样的：
def Decode(src):
img = Image.open(src, 'r') array = np.array(list(img.getdata())) if img.mode == 'RGB': n = 3 m = 0 elif img.mode == 'RGBA': n = 4 m = 1 total_pixels = array.size//n
hidden_bits = ""
for p in range(total_pixels):
for q in range(m, n):
hidden_bits +=(bin(array[p][q])[2:][-1])
hidden_bits = [hidden_bits[i:i+8] fori in range(0, len(hidden_bits), 8)]
message = ""
for i in range(len(hidden_bits)):
if message[-5:] =="$t3g0": break else: message +=chr(int(hidden_bits[i], 2)) if "$t3g0" in message: print("Hidden Message:",message[:-5]) else: print("No Hidden MessageFound") - 步骤4：制作主要功能
对于主要功能，我们需询问用户想要执行哪个功能——编码还是解码。
若是编码，则要求用户输入以下内容——带扩展名的源图像名称、秘密消息和带扩展名的目标图像名称。若是解码，则要求用户提供隐藏了消息的源图像。
def Stego():
print("--Welcome to$t3g0--")
print("1: Encode")
print("2: Decode")
func = input()
if func == '1':
print("Enter Source ImagePath")
src = input()
print("Enter Message toHide")
message = input()
print("Enter Destination ImagePath")
dest = input()
print("Encoding...")
Encode(src, message, dest) elif func == '2':
print("Enter Source ImagePath")
src = input()
print("Decoding...")
Decode(src) else:
print("ERROR: Invalid optionchosen") - 步骤5：把以上所有功能放在一起，我们的LSB图像隐写程序就准备好了。
请注意，在一项研究中，观察到传统的LSB在JPEG的情况下是无效的，因为数据会因为其有损性质而在压缩时被操纵。而对于PNG图像，简单的LSB是适用的，在压缩时不会有任何数据损失。因此，最好只在PNG图像上运行你的程序。
举例
1.编码信息
